JP3972003B2 - 信号切替装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に高周波回路の技術分野に関し、特に入力信号の伝送経路を切り替える信号切替装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
セルラ通信や衛星通信等における無線基地局、中継器その他の通信機器では、入力信号の伝送経路を適宜切り替えるための信号切替装置が使用されている。これは、信号切替装置の入力経路から高周波信号を受信し、複数の伝送経路の中から所望の経路を選択し、その経路から出力信号が出力されるように、信号を分岐させるものである。
【０００３】
特開平９−２７５３０２号公報（特許文献１）にて開示されるマイクロ波スイッチは、分岐部分から分岐された複数のマイクロストリップ線路のそれぞれに酸化物超伝導線路を設け、分岐部分及び酸化物超伝導線路の間に直流素子回路を設け、酸化物超伝導線路のそれぞれの超伝導状態の設定と常伝導状態の設定とを切り替える。このような構成を採用することで、特許文献１記載発明は、選択されていない経路へのマイクロ波の洩れ込み量を少なくし、アイソレーション特性を向上させようとしている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−２７５３０２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来技術によってアイソレーション特性を向上させる場合に、所望の伝送経路に流れる信号レベルの劣化又は損失が小さくなるとは限らない。場合によっては、入力信号の内、選択されていない伝送経路（の後段の回路）へ流れる信号成分がゼロであったとしても、伝送経路長その他の要因に依存して、選択した伝送経路に流れる信号成分が入力信号に比べて非常に劣化する場合がある。従って、信号の切替を良好に行うには、アイソレーション特性だけでなく、信号劣化を小さくすることにも配慮することを要するが、従来の手法ではこれらの要請は充分に達成されていない。
【０００６】
また、この種の信号切替を行うための装置は、各伝送経路の出力すなわち装置の各出力に、機械的なスイッチ又は半導体スイッチのようなスイッチ素子が設けられている。これも、不要な信号が後段の回路に流れないように、アイソレーション特性を向上させるためのものである。しかしながら、機械的なスイッチは、その構成部材の摩耗等に起因して信頼性が低くなるという問題が生じ得る。半導体スイッチを利用した場合には、機械的なスイッチで懸念される問題を回避することは可能であるが、アイソレーション特性が機械的なスイッチのものより劣る点で不利である。また、半導体スイッチ自体の動作の信頼性にも配慮しなければならなくなる。更に、このようなスイッチ素子を使用すると、適切にスイッチングするための制御信号を作成し、これに応じてスイッチング動作をするよう装置を形成する必要があり、信号切替を行う装置が複雑化してしまうという問題も生じ得る。
【０００７】
本願の一般的な課題は、アイソレーション特性を良好に維持しつつ、低損失で信号を伝搬させることを可能にする信号切替装置を提供することである。
【０００８】
本願の具体的な課題は、アイソレーション特性を良好に維持しつつ、低損失で信号を伝搬させることが可能であって、機械的スイッチや半導体スイッチのようなスイッチ素子を出力に接続することを必要としない信号切替装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、入力経路に結合された複数の伝送経路の内の所望の伝送経路から出力信号を出力する信号切替装置が提供される。本装置は、前記複数の伝送経路に含まれる第１伝送経路に直列に接続され、超伝導材料より成る第１線路を有する第１可変インピーダンス回路と、前記複数の伝送経路に含まれる第２伝送経路に並列に接続され、超伝導材料より成る第２線路を有する第２可変インピーダンス回路であって、前記第２線路の断面積が前記第２伝送経路の断面積より小さいところの第２可変インピーダンス回路を有する。
【００１０】
第２線路が超伝導状態にある場合に、前記第１及び第２伝送経路の分岐点から前記第２伝送経路への入力インピーダンスが、充分に大きな所定値より大きくなるように、前記第２伝送経路の長さが規定される。従ってこの場合には第２伝送経路に信号は流れない。第２線路の断面積は第２伝送経路の断面積より小さく形成されるので、常伝導状態における第２線路の入力インピーダンスは非常に大きくなる。従ってこの場合には第２線路に信号は流れず、第２伝送経路の後段に良好に信号を伝搬させることができる。これにより、アイソレーション特性を良好に維持しつつ、低損失で信号を伝搬させることが可能になる。
【００１１】
本発明によれば、第２線路の線路長が、信号切替装置に入力される信号の波長の１／２の整数倍又は１／４の奇数倍程度に規定される。これにより、線路の入力インピーダンスをスミス図表における短絡点又は開放点にできるだけ近づけることが可能になる。
【００１２】
本発明によれば、第２線路の線路長が、信号切替装置に入力される信号の波長の１／４倍程度に規定される。これにより、１／２波長とした場合よりも短く、かつ線路の入力インピーダンスＺをスミス図表における短絡点又は開放点にできるだけ近づけることが可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
［第１実施例］
図１，図２及び図３は、本願第１実施例による信号切替装置の平面図及び端面図を示す。図１は信号切替装置１００の平面図を示す。図２は図１のＡＡ線断面における端面図を示す。図３は図１のＢＢ線断面における端面図を示す。信号切替装置１００は、高周波数の入力信号を第１伝送経路又は第２伝送経路に分岐させる分岐部１０２と、分岐部１０２に接続され、第１伝送経路を形成する第１線路部１０４及びこの第１線路部１０４に接続された第２線路部１０６を有する。また、信号切替装置１００は、分岐部１０２に接続され第２伝送経路を形成する第３線路部１０８を有する。各線路部は、コプレナ線路（ｃｏｐｌａｎａｒ ｗａｖｅ ｇｕｉｄｅ）を形成し、中心部のストリップ導体１１２，１１４に対してギャップを隔てて両側に接地導体１１６，１１８，１２０，１２２，１２４が設けられている。
【００１４】
第２線路部１０６は超伝導材料より成り、分岐部１０２、第１線路部１０４は常伝導材料より成る。第３線路部１０８にはストリップ導体１１２及び接地導体１１８の間に、第４線路１３０が設けられ、これは線路幅ｗ４を有する超伝導材料より成る。言い換えれば、第４線路部１３０は、ストリップ導体１１２に並列に接続されている（ちなみに、第２線路部のストリップ導体１１４は、ストリップ導体１１２に直列に接続されている。）。第３線路部１０８は、第４線路１３０を除いて常伝導材料より成る。なお、図２，図３に示されるように、これら各線路部は誘電体材料１２６上に形成される。
【００１５】
超伝導材料より成る第２線路部１０６及び第４線路１３０は、臨界温度（例えば、７０Ｋ）より高い状態では常伝導性であるが、臨界温度以下に冷却されると超伝導状態となり、電気抵抗の極めて低い導体となる。第２線路部１０６及び第４線路に使用される超伝導材料は、その臨界温度、常伝導状態での抵抗率、線路長等に依存して適宜選択される。具体的には、所定の金属、金属酸化物及びセラミクスを使用することが可能であり、それらは、例えば、Ｎｂ−Ｔｉ、Ｎｂ_３Ｓｎ、Ｖ_３Ｇａ、ＹＢＣＯ（イットリウム−バリウム−銅−酸素）、ＲＥ−ＢＣＯ（ＲＥ−バリウム−銅−酸素）、ＢＳＣＣＯ（ビスマス−ストロンチウム−カルシウム−銅−酸素）、ＢＰＳＣＣＯ（ビスマス−鉛−ストロンチウム−カルシウム−銅−酸素）、ＨＢＣＣＯ（水銀−バリウム−カルシウム−銅−酸素）又はＴＢＣＣＯ（チタン−バリウム−カルシウム−銅−酸素）のような材料により形成することが可能である。この場合において、ＲＥは、Ｌａ（ランタン）、Ｎｄ（ネオジム）、Ｓｍ（サマリウム）、Ｅｕ（ユウロピウム）、Ｇｄ（ガドリニウム）、Ｄｙ（ジスプロシウム）、Ｅｒ（エルビウム）、Ｔｍ（ツリウム）、Ｙｂ（イッテルビウム）又はＬｕ（ルテチウム）を示す。
【００１６】
簡単のため図示していないが、第２線路部１０６の出力には、第２線路部１０６が超伝導状態のときに整合するように調整された回路が接続される。第３線路部１０８の出力には、第４線路１３０が超伝導状態でないとき（常伝導状態のとき）に整合するように調整された回路が接続される。第１線路部１０４及び第２線路部１０６は、第２線路部１０６が超伝導状態のときに、第１及び第２伝送経路の分岐点Ｘから第１伝送経路への入力インピーダンスＺ_ＸＯ１が特性インピーダンスに整合するように、線路長、線路幅、誘電体１２６の誘電率及び厚さ、各接地導体との間のギャップ等が調整される。
【００１７】
第２線路部１０６（ストリップ導体１１４）は、入力側の所定長Ｌ２の区間において、線路幅ｗ１が、出力端での線路幅ｗ２よりも非常に細く形成されている。このように細長く形成するのは、後述するように、第２線路部１０６が常伝導状態にあるときに、電気抵抗を大きくするためである。本実施例では、細い線路幅ｗ１から太い線路幅ｗ２へテーパ状に（連続的に）変化させているが、本発明は必ずしもこのような形状に限定されず、他の形状を採用することも可能である。例えばそれを段階的に変化させることが可能である。ただし、線路幅を変化させる場合に、線路の特性インピーダンスが変化しないようにする必要がある。コプレナ線路にてそれを行うには、線路幅とギャップの関係を適切に調整することを要する。具体的には、線路幅の広狭に合わせて、ギャップを広くしたり狭くしたりすることで、特性インピーダンスを一定に維持することが可能である。このため、図示されているように、線路幅の細い部分でのギャップは、線路幅の太い部分でのギャップより小さくなっている。
【００１８】
線路の長さＬ１，Ｌ２，Ｌ３は、適切な長さに適宜変更可能であるが、例えば０．１ないし数ミリメートルの範疇の大きさを有する。線路幅についても様々な値をとり得るが、例えばｗ１を３μｍとし、ｗ２を１０μｍとすることが可能である。
【００１９】
第４線路１３０は、非常に細い線路幅ｗ４及び経路長Ｌ４を有するように形成される。本実施例では、第４線路１３０は、接地導体１１８に接続され、外部から分岐部１０２に入力される高周波信号の半波長（又は半波長の整数倍）程度の長さを有する。このため、ストリップ導体１１２と第４線路１３０との接続ノードＯ_２から、第４線路１３０への入力インピーダンスＺ_Ｏ２は、超伝導状態にて実質的にゼロ（充分に小さな所定値より小さい値）になるが、常伝導状態では実質的に無限大であるような非常に高い値（充分に大きな所定値より大きい値）になる。
【００２０】
動作を次に説明する。先ず、分岐部１０２に入力された高周波の入力信号を第２伝送経路に伝送する場合を説明する。この場合に、第２線路部１０６及び第４線路１３０は非超伝導状態に設定される。第４線路１３０は、非常に細長い形状を有するので、常伝導状態の場合には、そのインピーダンスが非常に大きくなる。このため、ストリップ導体１１２内を伝搬する信号は、第４線路１３０の側には実質的に流れない。第２伝送経路の第３線路部１０８及びその後段に接続される回路（図示せず）は整合のとれた状態にある。従って、分岐部１０２から第２伝送経路（第３線路部１０８）へ流れる信号は、良好に後段の回路に伝搬することが可能になる。
【００２１】
一方、第１伝送経路では、第１線路部１０４及び常伝導体となった第２線路部１０６が不整合状態となる。第１及び第２伝送経路の分岐点Ｘから第１伝送経路への入力インピーダンスＺ_ＸＯ１が非常に大きい（理想的には無限大）ならば、分岐部１０２に入力された信号は、第１伝送経路には流れず、低損失で第２伝送経路を伝搬することができる。本実施例では、この入力インピーダンスＺ_ＸＯ１が非常に大きな所定値を越えるように（実質的には無限大になるように）、経路長Ｌ１，Ｌ２等を調整している。なお、常伝導状態における第２線路部１０６のインピーダンスを、線路長、線路幅、常伝導状態における抵抗率、誘電率等により、充分に大きくすることが可能であるならば、第１及び第２伝送経路の分岐点Ｘから第２線路部１０６までの距離（Ｌ１）を実質的にゼロにすることも可能である。
【００２２】
次に、分岐部１０２に入力された入力信号を第１伝送経路に伝送する場合を説明する。この場合に、第２線路部１０６及び第４線路１３０は超伝導状態に設定される。上述したように、第１伝送経路における第１線路部１０４及び超伝導体となった第２線路部１０６は、整合状態にある。従って、分岐部１０２から第１伝送経路に伝搬する信号は、良好に後段の回路に伝搬することが可能である。一方、第４線路１３０が超伝導状態になると、ストリップ導体１１２から第４線路１３０への入力インピーダンスは実質的にゼロになる。従って、仮にストリップ導体１１２と第４線路１３０の接続ノードＯ_２へ信号が伝搬したとしても、その信号は第２伝送経路の後段の回路には伝搬せず、第４線路１３０を伝搬するであろう。しかしながら、本実施例では、第４線路１３０が超伝導状態である場合に、第１及び第２伝送経路の分岐点ＸからＯ_２を見た入力インピーダンスＺ_ＸＯ２が非常に大きくなるように（実質的に無限大になるように）、第３線路部１０８の長さＬ３が調整される。このようにすると、第２伝送経路には信号が実質的に流れず、低損失で第１伝送経路に信号を流すことが可能になる。これにより、低損失且つ高アイソレーションの信号切替装置が得られる。
【００２３】
以下、経路長Ｌ１，Ｌ３及び経路長Ｌ４の調整手法について、図４及び図５のスミス図表を用いて説明する。
【００２４】
図４に示されるスミス図表の原点Ｏは、本実施例におけるコプレナ線路の特性インピーダンスに対応する。先ず、第２線路部１０６が超伝導状態にある場合には、上述したように、第１及び第２線路部１０４，１０６が整合しており、第１伝送経路の入力インピーダンスＺ_ＸＯ１は、第１線路部１０４の特性インピーダンスに等しい。従って、スミス図表にて、この場合の第２線路部１０６への入力インピーダンスＺ_Ｏ１は、原点又は原点近傍のＱ点に位置付けられる。次に、第２線路部１０６が常伝導状態に切り替えられると、第２線路部１０６への入力インピーダンスは、特性インピーダンスとは異なるものになり、第１線路部１０４と第２線路部１０６（及びそれ以降の回路）とは不整合となる。従って、この場合の入力インピーダンスＺ_Ｏ１は、原点から離れた地点Ｒに位置付けられる。
【００２５】
一般に、スミス図表上の点Ｓ_０に対応する線路上の地点から、距離ｄだけ線路上を進んだ地点Ｓ_ｄは、スミス図表上ではＳ_０ｅｘｐ（−ｊ２βｄ）により表現される点に位置付けられる。ここで、βは位相定数である。従って、線路の長さを変化させることは、スミス図表上では、ある円の円周上を移動することになる。線路の長さを、０から入力信号波長の１／２まで変化させると、その軌跡は１つの円を描き、線路長をそれ以上変化させてもインピーダンスを表す点は同一の円周上に位置付けられる。スミス図表では、原点を通る水平な直線Ｋの最右端の点Ｐは、インピーダンスの無限大となる状態に対応し、最左端の点Ｔはインピーダンスが０になる状態に対応する。したがって、入力インピーダンスＺ_ＸＯ１を大きくするには、線路長Ｌ１を調整し、円Ｉと直線Ｋの交点Ｒ’に入力インピーダンスＺ_ＸＯ１を表す点が位置付けられるようにし、これにより点Ｒに位置付けられる入力インピーダンスＺ_ＸＯ１が点Ｐにできるだけ接近するようにすればよい。
【００２６】
本願実施例では、第２線路部１０６における所定長Ｌ２の区間は、出力端の線路幅ｗ２よりも非常に細い線路幅ｗ１を有するよう形成されている。このため、第２線路部１０６は、常伝導状態にて、線路幅が太く一定である場合に比べて非常に大きな抵抗を有することになる。第２線路部１０６は、超伝導状態では非常に小さな入力インピーダンスＺ_Ｏ１を有するが、常伝導状態では非常に大きな入力インピーダンスＺ_Ｏ１を有する。このため、両状態間での入力インピーダンスＺ_Ｏ１は、線路幅が太く一定である場合（例えば、第２線路部の全区間を通じて線路幅がｗ２である場合）に比べて、非常に大きく変化することになる。超伝導及び常伝導の両状態間で、第２線路部１０６の入力インピーダンスＺ_Ｏ１の変化量が大きいということは、スミス図表における原点から入力インピーダンスを表す点までの距離（円の半径）がゼロであるもの又は非常に小さいものと、非常に大きいもの（円Ｉ）とが現れることを意味する。この距離が大きければ、それだけ入力インピーダンスＺ_Ｏ１又はＺ_ＸＯ１を点Ｐに接近させることが可能になる。
【００２７】
仮に、第２線路部１０６の入力端から出力端までの全区間を通じて、太い線路幅のｗ２で一定であったとすると、常伝導状態における線路の抵抗は大きくなるものの、細長い区間を形成していないので、さほど大きくならない。このため、超伝導状態と常伝導状態との間の入力インピーダンスＺ_Ｏ１の変化量も小さくなり、スミス図表における常伝導状態における入力インピーダンスＺ_Ｏ１は、半径の小さな円Ｊ上の点、例えば地点Ｓに位置付けられることになる。なお、この場合においても、なるべく入力インピーダンスＺ_ＸＯ１を大きくするために、線路の長さを調整して、入力インピーダンスが円Ｊと直線Ｋとの交点Ｓ’に対応するようにすることが可能である。
【００２８】
スミス図表における原点Ｏからの距離（円の半径）は、伝送経路における反射率に相当する。整合状態での入力インピーダンス（特性インピーダンス）は原点に対応していたが、これは、第１伝送経路における線路に対する反射率が０であり、反射されることなく信号の総てが伝搬することに対応する。逆に、反射率が１であったならば、入力信号は総て反射され第１線路部１０４には全く伝送されないことに対応する。反射率が小さくなると、その分だけ第１伝送経路内に流れ込む信号が増えることになる。すなわち、第２伝送経路に流れる信号が減少してしまう。したがって、第２線路部１０６の常伝導状態時に、第１伝送経路にできるだけ入力信号を伝送させないようにするには、反射率を大きくする（原点からの距離を大きくする）必要がある。本実施例によれば、第２線路部１０６に細長い区間を設けることで、入力インピーダンスＺ_Ｏ１の変化量を大きくしている。このため、第１伝送経路の入力インピーダンスＺ_ＸＯ１を大きくすることができる（点Ｐに近づける）ことに加えて、反射率をも大きくすることが可能になる。
【００２９】
図５を参照しながら、第４線路１３０についての説明を行う。図５に示されるスミス図表の原点Ｏは、本実施例におけるコプレナ線路の特性インピーダンスに対応する。この点、図４と同様である。先ず、第４線路１３０が超伝導状態にある場合は、第４線路１３０の電気抵抗は実質的にゼロになる。第４線路１３０の長さＬ４は、入力信号波長の１／２に設定されている。したがって、この場合の、接続ノードＯ_２から第２線路１３０への入力インピーダンスＺ_Ｏ２は、最左端の点Ｔ又はその近傍の点Ａに位置付けられる。第４線路１３０を超伝導状態にして、第１伝送経路に信号を伝搬させる場合には、分岐点Ｘから第２伝送経路への入力インピーダンスＺ_ＸＯ２が実質的に無限大になるように、第２伝送経路の経路長Ｌ３を調整する必要がある。具体的には、経路長Ｌ１を調整したのと同様に、点Ａと点Ｐとの間の位相角を見出すことで、入力インピーダンスＺ_ＸＯ２が実質的に無限大になるような経路長Ｌ３を見出することが可能である。
【００３０】
第４線路１３０が常伝導状態に切り替えられると、第４線路１３０は非常に細長い形状を有するので、この場合の入力インピーダンスＺ_Ｏ２は非常に大きくなる（実質的に無限大である。）。従って、スミス図表上の最右端Ｐ又はその近傍の点Ｂに位置付けられる。したがって、第１伝送経路に信号を流す場合に、第２伝送経路に信号が流れ込むことに起因する信号損失は、極めて効果的に抑制される。
【００３１】
図６は、図１に示されるような信号切替装置の概略的な全体図を示す。図示されているように、信号切替装置６００は、入力経路６０２と、複数の出力経路６０４とを有する切替部６０６を有する。更に、信号切替装置６００は、切替部６０６に接続され、複数の出力経路６０４の内の所望の経路を選択するための選択部６０８を有する。切替部６０６は図１に示すものと同様の構成を有する。選択部６０８は、必要に応じて、切替部６０６内の伝送経路に関連する超伝導材料を、超伝導状態又は非超伝導状態にする。
【００３２】
選択部６０８は、例えば、超伝導材料に印加する電流又は磁界を調整することによって、状態変化を行わせることが可能である。選択部６０８は、例えば、冷却されている超伝導材料の温度を上昇させるためのヒータを利用して、状態変化を行わせることが可能である。あるいは逆に、選択部６０８は、例えば、超伝導材料を冷却するための冷却部（クーラー等）の運転状態を変更することで、状態変化を行わせることも可能である。いずれにせよ、選択部６０８は、超伝導材料の状態を変化させ得る任意の手段を利用して、複数の経路６０４の中から所望の経路を選択することを可能にする。
【００３３】
図７，図８，図９は、本願第１実施例による信号切替装置の平面図及び端面図を示す。図中、図１，図２，図３で説明したのと同様の要素には、「７」で始まることを除いて同一の参照番号が付されている。この信号切替装置７００は、高周波数の入力信号を第１又は第２伝送経路に分岐させる分岐部７０２と、第１線路部７０４及びこの第１線路部７０４に接続された第２線路部７０６を有する。また、信号切替装置７００は、分岐部７０２に接続され第２伝送経路を形成する第３線路部７０８を有する。各線路部はコプレナ線路を形成し、中心部のストリップ導体７１２，７１４に対してギャップを隔てて両側に接地導体７１６，７１８，７２０，７２２，７２４が設けられている。
【００３４】
第２線路部７０６は、図１に関して説明したのと同様な超伝導材料より成り、分岐部７０２、第１線路部７０４は常伝導材料より成る。更に、第３線路部７０８には、ストリップ導体７１２及び接地導体７１８の間に、第４線路７３０が設けられ、これは線路幅ｗ４を有する超伝導材料より成る。第３線路部７０８は、第４線路７３０を除いて常伝導材料より成る。なお、図８，図９に示されるように、これら各線路は誘電体材料７２６上に形成される。
【００３５】
本実施例では、第２線路部７０６は、図８に示されるように、入力側の所定長Ｌ２の区間における線路幅が、出力端での線路幅ｗ２と同じく太く形成されている。ただし、この区間における線路４１４の厚みｔ１が、出力端における厚みｔ２より薄く形成されている。第１線路部７０４及び第２線路部７０６は、第２線路部７０６が超伝導状態のときに、第１線路部７０４の特性インピーダンスと第２線路部７０６の入力インピーダンスが整合するように、線路の厚みｔ１、誘電体７２６の誘電率及び厚さ、各接地導体との間のギャップ等が調整される。本実施例では、第２線路部７０６に薄く長い区間を設けることによって、常伝導状態における抵抗値を、厚みを厚く一定に形成した場合に比較して大きくしている。すなわち、超伝導状態と常伝導状態の間における入力インピーダンスＺ_Ｏ１の変化量を大きくする観点からは、図１に示すように所定の区間Ｌ２における線路の形状を細くして厚みを一定にしてもよいし、太いままで厚みを薄くすることも可能である。
【００３６】
更には、図１に示すように細い線路幅ｗ１で且つ図８に示すように薄く線路を形成することも可能である。このようにすると、常伝導状態における抵抗値を一層大きくすることが可能になる。いずれにせよ、所定長の区間における線路の断面積を出力端のものより小さくすることで、常伝導状態における抵抗値を大きくすることが可能である。線路幅の異なる回路を後段に接続する際は、線路幅の不連続点における信号の散乱を抑制する等の観点から両者を良好に接続するための接続コネクタを要するのが一般的である。しかし、本実施例のように線路幅を一定にすると、そのようなコネクタを必要としないので、コネクタの分だけ小型化及び低コスト化を図ることができる点で有利である。
【００３７】
本実施例の第４線路７３０は、図９に示されるように、非常に薄い厚さｔ４を有するように形成される。本実施例では、第４線路７３０は、接地導体７１８に接続され、分岐部７０２に入力される高周波信号の半波長（又は半波長の整数倍）程度の長さを有する。このため、ストリップ導体７１２と第４線路７３０との接続ノードＯ_２から、第４線路１３０への入力インピーダンスＺ_Ｏ２は、超伝導状態にて実質的にゼロとなり、常伝導状態では実質的に無限大であるような非常に高い値になる。図１の第４線路１３０は、細い線幅ｗ４と厚い厚さを有していたが、本実施例では線幅は太いが厚さが薄く形成されている。いずれにせよ、線路の断面積を小さくすることで、常伝導状態における電気抵抗を増大させるためである。従って、図１に示すように細い線幅ｗ１で且つ図９に示すように薄く形成することも可能である。このようにすると、常伝導状態における抵抗値を一層大きくすることが可能になる。なお、各伝送経路における線路長は、上述したのと同様な手法で設定される。
【００３８】
動作については、図１に関して説明したものと同様である。分岐部７０２に入力された高周波の入力信号を第２伝送経路に伝送する場合には、第２線路部７０６及び第４線路７３０は非超伝導状態に設定される。常伝導状態では、第４線路７３０のインピーダンスが非常に大きくなるので、ストリップ導体７１２内を伝搬する信号は、第４線路７３０の側には実質的に流れない。第２伝送経路の第３線路部７０８及びその後段に接続される回路（図示せず）は整合のとれた状態にある。従って、分岐部７０２から第３線路部７０８へ流れる信号は、良好に後段の回路に伝搬することが可能になる。
【００３９】
一方、第１伝送経路では、第１線路部７０４及び常伝導体となった第２線路部７０６が不整合状態となる。第１及び第２伝送経路の分岐点Ｘから第１伝送経路への入力インピーダンスＺ_ＸＯ１が非常に大きいので、分岐部１０２に入力された信号は、第１伝送経路には流れず、低損失で第２伝送経路を伝搬することができる。
【００４０】
次に、分岐部７０２に入力された入力信号を第１伝送経路に伝送する場合には、第２線路部７０６及び第４線路７３０は超伝導状態に設定される。上述したように、第１伝送経路における第１線路部７０４及び超伝導体となった第２線路部７０６は、整合状態にある。従って、分岐部７０２から第１伝送経路に伝搬する信号は、良好に後段の回路に伝搬することが可能である。一方、第４線路７３０が超伝導状態になると、ストリップ導体７１２から第４線路７３０への入力インピーダンスは実質的にゼロになる。しかしながら、第１及び第２伝送経路の分岐点ＸからＯ_２を見た入力インピーダンスＺ_ＸＯ２が非常に大きくなるように（実質的に無限大になるように）、第３線路部７０８の長さＬ３が調整される。このため、第２伝送経路には信号が実質的に流れず、低損失で第１伝送経路に信号を流すことが可能になる。
【００４１】
［第２実施例］
図１０，図１１，図１２は、本願第２実施例による信号切替装置の平面図及び端面図を示す。図中、図１，図２，図３で説明したのと同様の要素には、「１０」で始まることを除いて同一の参照番号が付されている。この信号切替装置１０００は、高周波数の入力信号を第１又は第２伝送経路に分岐させる分岐部１００２と、第１線路部１００４及びこの第１線路部１００４に接続された第２線路部１００６を有する。また、信号切替装置１０００は、分岐部１００２に接続され第２伝送経路を形成する第３線路部１００８を有する。各線路部はマイクロストリップ線路を形成し、図１１，図１２に示されるように、ストリップ導体１０１２，１０１４は、所定の誘電率を有する誘電体材料１０２６上に設けられ、この誘電体材料１０２６は接地導体１０１６上に設けられる。
【００４２】
第２線路部１００６は、図１に関して説明したのと同様な超伝導材料より成り、分岐部１００２、第１線路部１００４は常伝導材料より成る。更に、第３線路部１００８には、一端がストリップ導体１０１２に接続され、線路幅ｗ４及び長さＬ４を有し超伝導材料より成る第４線路１０３０が設けられる。第４線路１０３０の他端は、導電性のビアホール（ｖｉａ ｈｏｌｅ）部材１０３２を通じて接地導体１０１６に接続される。言い換えれば、第４線路１０３０は、ストリップ導体１０１２に並列に接続される。第３線路部１００８は、第４線路１０３０を除いて常伝導材料より成る。第４線路１０３０は、図１に関して説明したのと同様な超伝導材料より成る。
【００４３】
本実施例では、第２線路部１００６は、入力側の所定長Ｌ２の区間における線路幅が、出力端での線路幅ｗ２より細く形成されている。ただし、この区間における線路１０１４の厚みｔ１が、出力端における厚みｔ２より薄く形成されている。一般に、マクロストリップ線路における特性インピーダンスは、線路幅、誘電体の厚さ（ストリップ導体から接地導体までの距離）、誘電率等によって変化する。従って、第２線路部１００６の伝送経路において、線路幅を変更しても特性インピーダンスを同一に維持するために、線路幅の細いＬ２の区間の厚みｔ１が、出力端におけるものより薄く形成されている。本実施例では、第２線路部１００６に薄く長い区間を設けることによって、常伝導状態における抵抗値を、厚みを厚く一定に形成した場合に比較して大きくしている。
【００４４】
なお、図１３に示されるように、誘電体１０２６の厚みを変更すべき区間Ｌ２にて、異なる誘電率の誘電体１０１７を利用することも可能である。このようにすると、ストリップ導体１１４から接地導体１０１６まで距離を、全区間にわたって一定に（ｔ２）に維持することが可能になる。
【００４５】
本実施例の第４線路１０３０は、図１０，図１２に示されるように、線路幅ｗ４は非常に細い反面、その厚みｔ４は厚く形成されている。第４線路１０３０は、接地導体１０１６に接続され、分岐部１００２に入力される高周波信号の半波長（又は半波長の整数倍）程度の長さを有する。このため、ストリップ導体１０１２と第４線路１０３０との接続ノードＯ_２から、第４線路１０３０への入力インピーダンスＺ_Ｏ２は、超伝導状態にて実質的にゼロとなり、常伝導状態では実質的に無限大であるような非常に高い値になる。なお、各伝送経路における線路長は、上述したのと同様な手法で設定される。
【００４６】
動作については、図１に関して説明したものと同様である。分岐部１００２に入力された高周波の入力信号を第２伝送経路に伝送する場合には、第２線路部１００６及び第４線路１０３０は非超伝導状態に設定される。常伝導状態では、第４線路１０３０のインピーダンスが非常に大きくなるので、ストリップ導体１０１２内を伝搬する信号は、第４線路１０３０の側には実質的に流れない。第２伝送経路の第３線路部１００８及びその後段に接続される回路（図示せず）は整合のとれた状態にある。従って、分岐部１００２から第３線路部１００８へ流れる信号は、良好に後段の回路に伝搬することが可能になる。
【００４７】
一方、第１伝送経路では、第１線路部１００４及び常伝導体となった第２線路部１００６が不整合状態となる。第１及び第２伝送経路の分岐点Ｘから第１伝送経路への入力インピーダンスＺ_ＸＯ１が非常に大きいので、分岐部１００２に入力された信号は、第１伝送経路には流れず、低損失で第２伝送経路を伝搬することができる。
【００４８】
次に、分岐部１００２に入力された入力信号を第１伝送経路に伝送する場合には、第２線路部１００６及び第４線路１０３０は超伝導状態に設定される。上述したように、第１伝送経路における第１線路部１００４及び超伝導体となった第２線路部１００６は、整合状態にある。従って、分岐部１００２から第１伝送経路に伝搬する信号は、良好に後段の回路に伝搬することが可能である。一方、第４線路１０３０が超伝導状態になると、ストリップ導体７１２から第４線路１０３０への入力インピーダンスは実質的にゼロになる。しかしながら、第１及び第２伝送経路の分岐点ＸからＯ_２を見た入力インピーダンスＺ_ＸＯ２が非常に大きくなるように、第３線路部１００８の長さＬ３が調整されている。これにより、第２伝送経路には信号が実質的に流れず、低損失で第１伝送経路に信号を流すことが可能になる。
【００４９】
図１４，図１５，図１６は、本願第２実施例による信号切替装置の変形例の平面図及び端面図を示す。図中、図１，図２，図３で説明したのと同様の要素には、「１４」で始まることを除いて同一の参照番号が付されている。この信号切替装置１４００は、高周波数の入力信号を第１又は第２伝送経路に分岐させる分岐部１４０２と、第１線路部１４０４及びこの第１線路部１４０４に接続された第２線路部１４０６を有する。また、信号切替装置１４００は、分岐部１４０２に接続され第２伝送経路を形成する第３線路部１４０８を有する。各線路部はマイクロストリップ線路を形成し、図１５，図１６に示されるように、ストリップ導体１４１２，１４１４は、所定の誘電率を有する誘電体材料１４２６上に設けられ、この誘電体材料１４２６は接地導体１４１６上に設けられる。
【００５０】
第２線路部１４０６は、図１に関して説明したのと同様な超伝導材料より成り、分岐部１４０２、第１線路部１４０４は常伝導材料より成る。更に、第３線路部１４０８には、一端がストリップ導体１４１２に接続され、線路幅ｗ４及び長さＬ４を有し超伝導材料より成る第４線路１４３０が設けられる。第４線路１４３０の他端は、導電性のビアホール部材１４３２を通じて接地導体１４１６に接続される。第３線路部１４０８は、第４線路１４３０を除いて常伝導材料より成る。第４線路１４３０は、図１に関して説明したのと同様な超伝導材料より成る。
【００５１】
本実施例では、第２線路部１４０６は、入力側の所定長Ｌ２の区間における線路幅ｗ１と出力端での線路幅とが同一に形成されている。ただし、この区間における線路１４１４の厚みｔ１が、出力端における厚みｔ２より薄く形成されている。第２線路部１４０６に薄く長い区間を設けることによって、常伝導状態における抵抗値を、厚みを厚く一定に形成した場合に比較して大きくしている。
【００５２】
本実施例の第４線路１４３０は、図１４，図１６に示されるように、線路幅ｗ４は比較的広いが厚みｔ４は厚く形成されている。第４線路１４３０は、接地導体１４１６に接続され、分岐部１００２に入力される高周波信号の半波長（又は半波長の整数倍）程度の長さを有する。このため、ストリップ導体１０１２と第４線路１４３０との接続ノードＯ_２から、第４線路１４３０への入力インピーダンスＺ_Ｏ２は、超伝導状態にて実質的にゼロとなり、常伝導状態では実質的に無限大であるような非常に高い値になる。
【００５３】
上述したように、超伝導状態と常伝導状態の間における入力インピーダンスＺ_Ｏ１の変化量を大きくする観点からは、図１０に示すように所定の区間Ｌ２及び区間Ｌ４における線路の形状を細くして厚みを一定にしてもよいし、図１４に示すように太いままで厚みを薄くすることも可能である。更には、図１０に示すように細い線路幅ｗ１，ｗ４で且つ図１５，図１６に示すように薄く線路を形成することも可能である。このようにすると、常伝導状態における抵抗値を一層大きくすることが可能になる。いずれにせよ、線路の断面積を小さくすることで、常伝導状態における抵抗値を大きくすることが可能である。なお、各伝送経路における線路長は、上述したのと同様な手法で設定される。
【００５４】
動作については、図１に関して説明したものと同様である。分岐部１４０２に入力された高周波の入力信号を第２伝送経路に伝送する場合には、第２線路部１４０６及び第４線路１４３０は非超伝導状態に設定される。常伝導状態では、第４線路１４３０のインピーダンスが非常に大きくなるので、ストリップ導体１４１２内を伝搬する信号は、第４線路１４３０の側には実質的に流れない。第２伝送経路の第３線路部１４０８及びその後段に接続される回路（図示せず）は整合のとれた状態にある。従って、分岐部１４０２から第３線路部１４０８へ流れる信号は、良好に後段の回路に伝搬することが可能になる。
【００５５】
一方、第１伝送経路では、第１線路部１４０４及び常伝導体となった第２線路部１４０６が不整合状態となる。第１及び第２伝送経路の分岐点Ｘから第１伝送経路への入力インピーダンスＺ_ＸＯ１が非常に大きいので、分岐部１４０２に入力された信号は、第１伝送経路には流れず、低損失で第２伝送経路を伝搬することができる。
【００５６】
次に、分岐部１４０２に入力された入力信号を第１伝送経路に伝送する場合には、第２線路部１４０６及び第４線路１４３０は超伝導状態に設定される。上述したように、第１伝送経路における第１線路部１４０４及び超伝導体となった第２線路部１４０６は、整合状態にある。従って、分岐部１４０２から第１伝送経路に伝搬する信号は、良好に後段の回路に伝搬することが可能である。一方、第４線路１４３０が超伝導状態になると、ストリップ導体１４１２から第４線路１４３０への入力インピーダンスは実質的にゼロになる。しかしながら、第１及び第２伝送経路の分岐点ＸからＯ_２を見た入力インピーダンスＺ_ＸＯ２が非常に大きくなるように、第３線路部１４０８の長さＬ３が調整されている。これにより、第２伝送経路には信号が実質的に流れず、低損失で第１伝送経路に信号を流すことが可能になる。
【００５７】
［第３実施例］
図１７は、本願第３実施例による信号切替装置の概略図を示す。この信号切替装置１７００は、第１及び第２実施例とは異なり、同軸線路を形成する。信号切替装置１７００は、高周波数の入力信号を第１又は第２伝送経路に分岐させる分岐部１７０２と、第１線路部１７０４及びこの第１線路部１７０４に接続された第２線路部１７０６を有する。信号切替装置１７００は、第２伝送経路を形成する分岐部１７０２に結合された第３線路部１７０８を有する。第２線路部１７０６の中心導体１７１４は超伝導材料より成り、分岐部１７０２及び第１線路部１７０４の中心導体１７１２は常伝導材料より成る。第３線路部１７０８では、中心導体１７１２及び外周の接地導体の間に、第４線路１７３０が設けられ、これは線路直径ｗ４及び線路長Ｌ４を有する超伝導材料より成る。言い換えれば、第４線路部１７３０は、中心導体１７１２に並列に接続されている。第３線路部１７０８は、常超伝導材料より成る中心導体１７１２と、その周囲に設けられた誘電体材料と、その外周に設けられた接地導体と、上記の第４線路１７３０より成る。
【００５８】
本実施例では、第２線路部における中心導体１７１４は、入力側の所定長Ｌ２の区間における直径ｗ１が、出力端での線路幅ｗ２より小さく形成されている。ただし、この区間におけるケーブルの直径も、出力端における直径より小さく形成されている。同軸線路における特性インピーダンスは、導体直径、誘電体の厚さ（接地導体までの距離）、誘電体の誘電率等によって変化する。導体直径が異なっても特性インピーダンスを一定に維持するために、導体直径の細い区間における誘電体の厚みが、出力端における誘電体の厚みより薄く形成されている。
【００５９】
第１線路部１７０４及び第２線路部１７０６は、第２線路部１７０６が超伝導状態のときに、第１線路部１７０４の特性インピーダンスと第２線路部１７０６の入力インピーダンスが整合するように、線路の直径、誘電体の誘電率及び直径等が調整される。本実施例では、第２線路部１７０６に細く長い区間Ｌ２を設けることによって、常伝導状態における抵抗値を、直径を太く一定に形成した場合に比較して大きくしている。上記のコプレナ線路及びマイクロストリップ線路の場合と同様に、超伝導状態と常伝導状態の間における入力インピーダンスＺ_Ｏ２，Ｚ_Ｏ１の変化量を大きくする観点からは、所定の区間Ｌ２，Ｌ４における線路の断面積を小さく形成することが望ましい。なお、各伝送経路における線路長は、上述したのと同様な手法で設定される。
【００６０】
動作については、図１に関して説明したものと同様である。分岐部１７０２に入力された高周波の入力信号を第２伝送経路に伝送する場合には、第２線路部１７０６及び第４線路１７３０は非超伝導状態に設定される。第４線路１７３０は、非常に細長い形状を有するので、常伝導状態の場合には、第４線路１７３０の側には実質的に信号は流れない。第２伝送経路の第３線路部１７０８及びその後段に接続される回路（図示せず）は整合のとれた状態にある。従って、分岐部１７０２から第３線路部１７０８へ流れる信号は、良好に後段の回路に伝搬することが可能になる。一方、第１伝送経路では、第１線路部１７０４及び常伝導体となった第２線路部１７０６が不整合状態となる。第１及び第２伝送経路の分岐点Ｘから第１伝送経路への入力インピーダンスＺ_ＸＯ１が非常に大きくなるよう経路長Ｌ１が設定されているので、分岐部１７０２に入力された信号は、第１伝送経路には流れず、低損失で第２伝送経路を伝搬することができる。
【００６１】
次に、分岐部１７０２に入力された入力信号を第１伝送経路に伝送する場合には、第２線路部１７０６及び第４線路１７３０は超伝導状態に設定される。上述したように、第１伝送経路における第１線路部１７０４及び超伝導体となった第２線路部１７０６は、整合状態にある。従って、分岐部１７０２から第１伝送経路に伝搬する信号は、良好に後段の回路に伝搬することが可能である。一方、第４線路１７３０が超伝導状態になると、中心導体１７１２から第４線路１７３０への入力インピーダンスは実質的にゼロになる。しかしながら、第１及び第２伝送経路の分岐点ＸからＯ_２を見た入力インピーダンスＺ_ＸＯ２が非常に大きくなるように、第３線路部１７０８の長さＬ３が調整されている。これにより、第２伝送経路には信号が実質的に流れず、低損失で第１伝送経路に信号を流すことが可能になる。
【００６２】
［第４実施例］
図１８は、本願第４実施例による信号切替装置の平面図を示す。第１乃至第３実施例とは異なり、本実施例では３系統の伝送経路が用意されている。信号切替装置１８００は、高周波数の入力信号を第１，第２又は第３伝送経路に分岐させる分岐部１８０２と、分岐部１８０２に接続され、第１伝送経路を形成する第１線路部１８０４と、この第１線路部１８０４に接続された直列線路部１８０６とを有する。信号切替装置１８００は、分岐部１８０２に接続され第２伝送経路を形成する線路部１８０８を有する。信号切替装置１８００は、分岐部１８０２に接続され、第３伝送経路を形成する第３線路部１８０５、及びこの第３線路部１８０５に接続された直列線路部１８０７を有する。各線路部は、コプレナ線路を形成し、中心部のストリップ導体１８１２，１８１４，１８１５に対してギャップを隔てて両側に接地導体が設けられている。
【００６３】
第１伝送経路の直列線路部１８０６、及び第３伝送経路の直列線路部は超伝導材料より成り、分岐部１８０２、第１伝送経路の一部分１８０４、第２線路部１０４及び第３伝送経路の一部部分１８０５は常伝導材料より成る。第２伝送経路１８０８には、ストリップ導体１８１２及び接地導体の間に、超伝導材料より成る並列線路１８３０が設けられる。また、第３伝送経路には、ストリップ導体１８１２及び接地導体の間に、超伝導材料より成る並列線路１８３１が設けられる。並列線路１８３０，１８３１は、第１乃至第３実施例で説明した第４線路と同様である。なお、各伝送経路における線路長は、上述したのと同様な手法で設定される。
【００６４】
超伝導材料については、図１に関して説明したものと同様の材料を利用することが可能である。ただし、本実施例では、説明の便宜上、第１伝送経路の直列線路部１８０６と第３伝送経路の並列線路１８３１とが同一の第１臨界温度Ｔ_Ｃ１を有し、第２伝送経路の並列線路部１８３０と第３伝送経路の直列線路１８０７とが同一の第２臨界温度Ｔ_Ｃ１２を有し、第２臨界温度が第１臨界温度より高いものとする（Ｔ_Ｃ２＞Ｔ_Ｃ１）。
【００６５】
図１，図１０等に関して説明したのと同様に、直列線路部１８０６，１８０７（ストリップ導体１８１４，１８１７）は、入力側の所定長の区間において、線路幅ｗ１が、出力端での線路幅ｗ２よりも非常に細く形成されている。並列線路１８３０，１８３１は、細い線路幅ｗ４及び経路長Ｌ４を有するように形成される。本実施例では、第２伝送経路及び第３伝送経路の並列線路１８３０，１８３１は、接地導体に接続され、外部から分岐部１０２に入力される高周波信号の半波長（又は半波長の整数倍）程度の長さを有する。
【００６６】
動作を次に説明する。先ず、第１伝送経路に信号を伝搬させる場合には、各超伝導材料は、第１臨界温度Ｔ_Ｃ１より低い温度に設定される。従って、総ての超伝導材料は、超伝導状態となる。この場合に、第１伝送経路は後段の回路（図示せず）と整合のとれた状態にあるので、信号が良好に伝搬する。第２伝送経路に対しては、第２並列線路１８３０の入力インピーダンスＺ_Ｏ２は実質的にゼロになるが、分岐点Ｘから第２伝送経路への入力インピーダンスＺ_ＸＯ２が実質的に無限大になるように、第２伝送経路の経路長Ｌ２が調整されている。従って、第２伝送経路に信号は伝搬しない。同様に、第３伝送経路に対しては、並列線路１８３１及びの直列線路１８０７の入力インピーダンスＺ_Ｏ３は実質的にゼロになるが、分岐点Ｘから第３伝送経路への入力インピーダンスＺ_ＸＯ３が実質的に無限大になるように、第３伝送経路の経路長Ｌ３が調整されている。従って、第３伝送経路にも信号は伝搬しない。従って、第１伝送経路に信号が低損失で伝搬する。
【００６７】
次に、第３伝送経路に信号を伝搬させる場合には、各超伝導材料は、第１臨界温度Ｔ_Ｃ１より高いが第２臨界温度Ｔ_Ｃ２より低い温度に設定される。この場合は、第１伝送経路の直列線路１８０６と、第３伝送経路の並列線路１８３１とが常伝導状態となり、第２伝送経路の並列線路１８３０と第３伝送経路の直列線路１８０７とが超伝導状態となる。この場合に、第３伝送経路の並列線路１８３１は常伝導状態なのでインピーダンスが大きく、実質的にこの並列線路１８３１に信号は伝搬しない。第３伝送経路の直列線路１８０７は超伝導状態であり、後段の回路と整合しているので、信号が良好に伝搬する。第１伝送経路は、常伝導状態にあるので後段の回路と不整合になり、入力インピーダンスも大きいので、この経路に信号は伝搬しない。第２伝送経路に対しては、第２並列線路１８３０の入力インピーダンスＺ_Ｏ２は実質的にゼロになるが、分岐点Ｘから第２伝送経路への入力インピーダンスＺ_ＸＯ２が実質的に無限大になるように、第２伝送経路の経路長Ｌ２が調整されているので、第２伝送経路に信号は伝搬しない。従って、第３伝送経路に信号が低損失で伝搬する。
【００６８】
第２伝送経路に信号を伝搬させる場合には、各超伝導材料は、第２臨界温度Ｔ_Ｃ２より高い温度に設定される。従って、総ての超伝導材料は、常超伝導状態となる。この場合に、第２伝送経路の並列線路１８３０の入力インピーダンスは実質的に無限大になり、並列線路１８３０へ信号は流れない。第２伝送経路は後段の回路（図示せず）と整合のとれた状態にあるので、信号が良好に伝搬する。第１伝送経路に対しては、直列線路部１８０６が後段の回路と不整合になり、高インピーダンスになるので、第１伝送経路に信号は伝搬しない。同様に、第３伝送経路に対しても、直列線路部１８０７が後段の回路と不整合になり、高インピーダンスになるので、第３伝送経路に信号は伝搬しない。従って、第２伝送経路に信号が低損失で伝搬する。
【００６９】
このように、臨界温度の異なる超伝導材料より成る直列線路及び並列線路を適切に組み合わせることで、２以上の信号伝送経路を適宜切り替えることが可能になる。本実施例では、臨界温度の異なる２種類の超伝導材料を使用することを想定しているが、更に多くの種類の臨界温度を利用して、多数の伝送経路に対する信号の切替を行うことも可能である。本実施例では、超伝導材料より成る線路の総てが同一の温度になるように説明されているが、各線路の状態を個別に制御することも可能である。
【００７０】
以上の各実施例では、第４線路又は並列線路は、入力信号波長の半波長程度の長さを有するよう形成されていた。しかしながら、本発明はそのような形態に限定されない。例えば、１／４波長にすることも可能である。
【００７１】
図１９は、そのような実施例の部分概略図を示す。これは、第１乃至第３実施例の第３線路部、又は第４実施例の並列線路に相当する部分を示す。なお、図１９は、コプレナ線路を例にとって説明しているが、マイクロストリップ線路で構成することも、同軸線路で構成することも可能である。図示されているように、ストリップ導体１９１２は、接地導体１９１８，１９２０と所定の間隔を隔てて設けられている。ストリップ導体１９１２には、一端がストリップ導体１９１２に接続され、線路幅ｗ４及び１／４波長（より厳密には、１／４波長の奇数倍）の線路長を有し、他端が開放されている並列線路１９３０が設けられる。線路長をこのような長さに設定することで、超伝導状態における並列線路への入力インピーダンスＺ_Ｏ２を実質的にゼロにすることが可能である。この点は、並列線路を接地導体に接続し、線路長を１／２波長にした上記の実施例と同様である。
【００７２】
一端を開放して線路長を１／４波長にするのは、次のように説明できる。上述したように、線路長が１／２波長で、接地導体に短絡されていた場合の入力インピーダンスＺ_Ｏ２は、スミス図表における点Ｔ（図５）に位置付けられる。接地導体に短絡せずに、開放端としたならば、入力インピーダンスＺ_Ｏ２は無限大になり、点Ｐに位置付けられる。ここで、線路長を１／４波長だけ変化させると、入力インピーダンスＺ_Ｏ２は円周上をπラジアンだけ移行する（１／２波長変化させると、２πラジアンだけ変化して、元に戻る）。従って、線路の一端を開放して線路長を１／４波長にすると、その線路への入力インピーダンスＺ_Ｏ２は点Ｔに位置付けられる。本実施例によれば、並列線路１９３０の線路長を、１／４波長に短縮することができるので、１／２波長の場合よりも、装置の小型化を図ることが可能になる。
【００７３】
図２０も、図１９と同様に、並列線路の他端を開放させ、線路長を１／４波長にする場合の形態を示す。図示されているように、ストリップ導体２０１２は、接地導体２０１８，２０１９，２０２０と所定の間隔を隔てて設けられている。ストリップ導体２０１２には、一端がストリップ導体２０１２に接続され、線路幅ｗ４及び１／４波長の線路長を有し、他端が開放されている並列線路２０３０が設けられる。線路長をこのような長さに設定することで、超伝導状態における並列線路への入力インピーダンスＺ_Ｏ２を実質的にゼロにすることが可能である。本実施例では、接地導体２０１８，２０１９が、並列線路２０３０を包囲するのではなく、分離されている。ただし、接地導体２０１８の電位を等しくするために、それらはブリッジ２０３２を介して電気的に接続されている。本実施例も、並列線路２０３０の線路長を、１／４波長に短縮することができるので、１／２波長の場合よりも、装置の小型化を図ることが可能になる。
【００７４】
以上の各実施例では、常伝導材料及び超伝導材料の導体が、誘電体材料上に形成されていたが、このことは本発明に必須ではない。例えば、誘電体材料より成る基板の全面に超伝導体材料が形成され、その上に常伝導体材料が適切にパターニングされているような材料を使用して、信号切替装置を形成することも可能である。このようにすると、線路の温度を臨界温度以下にすることで選択される線路に対しては、それが選択された場合に、信号の伝搬損失が極めて低くなるという利点が得られる。
【００７５】
また、上記の各実施例では、並列線路１３０，７３０，１０３０，１４３０，１７３０，１８３０の線路長は、入力信号波長の１／２倍又は１／４倍以上の長さを有していた。しかしながら、本発明における並列線路はそのような長さに限定されず、ある条件の下に様々な長さを採用することも可能である。その条件は、（１）常伝導状態における並列線路の入力インピーダンスＺ_Ｏ２が実質的に無限大になること、（２）超伝導状態における並列線路の入力インピーダンスＺ_Ｏ２が実質的にゼロになること、及び（３）並列線路の長さがなるべく短いこと、である。このため、例えば、並列線路の長さを入力信号波長の１／４倍より短い長さにすることも可能である。ただし、入力インピーダンスＺ_Ｏ２をスミス図表における短絡点Ｔ又は開放点Ｐにできるだけ近づける観点からは、並列線路長を１／２波長の整数倍又は１／４波長の奇数倍とすることが望ましい。
【００７６】
以上本願実施例によれば、第２伝送経路から出力信号を出力する場合に、第１伝送経路の超伝導材料より成る線路を非超伝導状態にする。その線路の所定長の区間は、小さな断面積を有するので、線路の抵抗値は非常に大きくなり、第１伝送経路の入力インピーダンスが非常に大きくなる。このため、アイソレーション特性を良好に維持することに加えて、第１伝送経路に起因する信号損失を効果的に抑制しつつ第２伝送経路から出力信号を取り出すことが可能になる。
【００７７】
所定長の区間の断面積の形状は、線路幅、線路の厚み、線路の直径等に依存して適宜調整することが可能である。また、信号切替装置の線路形態をどのようにするか、例えばコプレナ線路、マイクロストリップ線路、同軸線路等の何れを採用するかについては、信号切替装置に接続される回路やコネクタ等に依存して適切な線路形態を採用することが可能である。なお、出力端より断面積を小さくするための線路幅、線路の厚み又は線路の直径は、超伝導及び非超伝導状態間の入力インピーダンスを大きく変化させる観点からは、できるだけ小さいことが望ましいが、信号伝搬に関する最低限の電力耐性を有する程度に大きいことを要する。
【００７８】
本願実施例によれば、超伝導材料より成る第４線路又は並列線路を伝送経路に設けることで、後段の経路に信号を伝搬させるか否かを適宜変更することが可能になる。すなわち、従来のように、信号伝送経路の出力端に、機械的スイッチや半導体スイッチのようなスイッチ素子を省略することが可能になる。このため、信号切替装置の出力端に直列にスイッチ素子を設けていたことに起因する従来の問題点を解消することが可能になる。
【００７９】
【発明の効果】
以上のように本発明による信号切替装置によれば、アイソレーション特性を良好に維持しつつ、低損失で信号を伝搬させることが可能になる。また、本装置によれば、更に、機械的スイッチや半導体スイッチのようなスイッチ素子を省略することが可能になる。
【００８０】
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本願第１実施例による信号切替装置の平面図を示す。
【図２】図２は、図１の信号切替装置の断面図を示す。
【図３】図３は、図１の信号切替装置の断面図を示す。
【図４】図４は、入力インピーダンスと線路長の関係を説明するためのスミス図表を示す。
【図５】図５は、入力インピーダンスと線路長の関係を説明するためのスミス図表を示す。
【図６】図６は、信号切替装置の概略的な全体図を示す。
【図７】図７は、本願第１実施例の変形例による信号切替装置の平面図を示す。
【図８】図８は、図７の信号切替装置の断面図を示す。
【図９】図９は、図７の信号切替装置の断面図を示す。
【図１０】図１０は、本願第２実施例による信号切替装置の平面図を示す。
【図１１】図１１は、図１０の信号切替装置の断面図を示す。
【図１２】図１２は、図１０の信号切替装置の断面図を示す。
【図１３】図１２は、図１０の信号切替装置の変形例に関する断面図を示す。
【図１４】図１４は、本願第２実施例の変形例による信号切替装置の平面図を示す。
【図１５】図１５は、図１４の信号切替装置の断面図を示す。
【図１６】図１６は、図１４の信号切替装置の断面図を示す。
【図１７】図１７は、本願第３実施例による信号切替装置の平面図を示す。
【図１８】図１８は、本願第４実施例による信号切替装置の平面図を示す。
【図１９】図１９は、並列線路の他の形態を示す信号切替装置の部分平面図を示す。
【図２０】図２０は、並列線路の他の形態を示す信号切替装置の部分平面図を示す。
【符号の説明】
１００ 信号切替装置
１０２ 分岐部
１０４ 第１線路部
１０６ 第２線路部
１０８ 第３線路部
１１２，１１４ ストリップ導体
１１６，１１８，１２０，１２２，１２４ 接地導体
１２６ 誘電体
１３０ 第４線路
６００ 信号切替装置
６０２ 入力経路
６０４ 出力経路
６０６ 切替部
６０８ 選択部
７００ 信号切替装置
７０２ 分岐部
７０４ 第１線路部
７０６ 第２線路部
７０８ 第３線路部
７１２，７１４ ストリップ導体
７１６，７１８，７２０，７２２，７２４ 接地導体
７２６ 誘電体
７３０ 第４線路
１０００ 信号切替装置
１００２ 分岐部
１００４ 第１線路部
１００６ 第２線路部
１００８ 第３線路部
１０１２，１０１４ ストリップ導体
１０１６接地導体
１０２６ 誘電体
１０３０ 第４線路
１０３２ ビアホール部材
１４００ 信号切替装置
１４０２ 分岐部
１４０４ 第１線路部
１４０６ 第２線路部
１４０８ 第３線路部
１４１２，１４１４ ストリップ導体
１４１６接地導体
１４２６ 誘電体
１４３０ 第４線路
１４３２ ビアホール部材
１７００ 信号切替装置
１７０２ 分岐部
１７０４ 第１線路部
１７０６ 第２線路部
１７０８ 第３線路部
１７１２，１７１４ 中心導体
１７３０ 第４線路
１８００ 信号切替装置
１８０２ 分岐部
１８０４ 第１線路部
１８０６ 直列線路部
１８０８ 第２線路部
１８０５ 第３線路部
１８０７ 直列線路部
１８１２，１８１４，１８１５ ストリップ導体
１８３０，１８３１ 並列線路部
１９１２ ストリップ導体
１９１８，１９２０ 接地導体
１９３０ 並列線路部
２０１２ ストリップ導体
２０１８，２０２０ 接地導体
２０３０ 並列線路部
２０３２ ブリッジ

Claims (14)

1. 入力経路に結合された複数の伝送経路の内の所望の伝送経路から出力信号を出力する信号切替装置であって、
   前記複数の伝送経路に含まれる第１伝送経路に直列に接続され、超伝導材料より成る第１線路を有する第１可変インピーダンス回路と、
   前記複数の伝送経路に含まれる第２伝送経路に並列に接続され、超伝導材料より成る第２線路を有する第２可変インピーダンス回路であって、前記第２線路の断面積が前記第２伝送経路の断面積より小さいところの第２可変インピーダンス回路
   を有し、前記入力経路及び前記複数の伝送経路の各々は、中心導体と該中心導体に対してギャップを隔てて設けられた接地導体とを基板の同一表面上に有するコプレナ線路で形成され、
   前記第 1 線路は入力側の直線状部分と出力側の非直線状部分とを有し、前記直線状部分の一方端は前記第 1 線路の入力端を形成し、他方端は前記非直線状部分の一方端に接続され、前記非直線状部分の他方端は前記第 1 線路の出力端を形成し、前記非直線状部分の一方端から他方端にかけて線路幅が広くなるように前記非直線状部分が形成され、
   前記第２線路が超伝導状態にある場合に、前記第１及び第２伝送経路の分岐点から前記第２伝送経路への入力インピーダンスが、所定値より大きくなるように、前記第２伝送経路の長さが規定されることを特徴とする信号切替回路。
2. 前記第２線路が超伝導状態にある場合に、前記第２伝送経路から前記第２可変インピーダンス回路への入力インピーダンスが、所定値より小さくなるように、前記第２線路の長さが規定されることを特徴とする請求項１記載の信号切替回路。
3. 前記第２線路の一端が前記第２伝送経路に接続され、前記第２線路の他端が接地導体に接続されることを特徴とする請求項２記載の信号切替回路。
4. 前記第２線路が、前記入力経路に入力される信号の半波長の整数倍に等しい長さを有することを特徴とする請求項３記載の信号切替回路。
5. 一端が第２伝送経路に接続される前記第２線路が、前記入力経路に入力される信号の１／４波長の奇数倍に等しい長さを有し、前記第２線路の他端が開放されることを特徴とする請求項２記載の信号切替回路。
6. 更に、前記複数の伝送経路の中から所望の伝送経路を選択するための選択手段を有し、前記選択手段が、前記第１線路及び前記第２線路の温度を制御することで、伝送経路の選択が行われることを特徴とする請求項１記載の信号切替回路。
7. 前記第１線路の直線状部分が非直線状部分より細い線路幅を有し、前記直線状部分でのギャップは前記非直線状部分でのギャップより小さく形成されることを特徴とする請求項１記載の信号切替回路。
8. 入力経路に結合された複数の伝送経路の内の所望の伝送経路から出力信号を出力する信号切替装置であって、
   前記複数の伝送経路に含まれる第１伝送経路に直列に接続され、超伝導材料より成る第１線路を有する第１可変インピーダンス回路と、
   前記複数の伝送経路に含まれる第２伝送経路に並列に接続され、超伝導材料より成る第２線路を有する第２可変インピーダンス回路であって、前記第２線路の断面積が前記第２伝送経路の断面積より小さいところの第２可変インピーダンス回路と、
   前記複数の伝送経路に含まれる第３伝送経路に直列に接続され、超伝導材料より成る第３線路を有する第３可変インピーダンス回路と、
   前記複数の伝送経路に含まれる第３伝送経路に並列に接続され、超伝導材料より成る第４線路を有する第４可変インピーダンス回路であって、前記第４線路の断面積が前記第３伝送経路の断面積より小さいところの第４可変インピーダンス回路
   を有し、前記入力経路及び前記複数の伝送経路の各々は、中心導体と該中心導体に対してギャップを隔てて設けられた接地導体とを基板の同一表面上に有するコプレナ線路で形成され、
   前記第１線路の超伝導状態になる臨界温度が、前記第２線路の超伝導状態になる臨界温度とは異なり、
   前記第３線路の超伝導状態になる臨界温度が、前記第４線路の超伝導状態になる臨界温度とは異なり、
   前記第 1 線路は入力側の直線状部分と出力側の非直線状部分とを有し、前記直線状部分の一方端は前記第１線路の入力端を形成し、他方端は前記非直線状部分の一方端に接続され、前記非直線状部分の他方端は前記第１線路の出力端を形成し、前記非直線状部分の一方端から他方端にかけて線路幅が広くなるように前記非直線状部分が形成され、
   前記第３線路は入力側の直線状部分と出力側の非直線状部分とを有し、前記直線状部分の一方端は前記第３線路の入力端を形成し、他方端は前記非直線状部分の一方端に接続され、前記非直線状部分の他方端は前記第３線路の出力端を形成し、前記非直線状部分の一方端から他方端にかけて線路幅が広くなるように前記非直線状部分が形成され、
   前記第２線路が超伝導状態にある場合に、前記第１，第２及び第３伝送経路の分岐点から前記第２伝送経路への入力インピーダンスが、所定値より大きくなるように、前記第２伝送経路の長さが規定され、
   前記第４線路が超伝導状態にある場合に、前記第１，第２及び第３伝送経路の分岐点から前記第３伝送経路への入力インピーダンスが、所定値より大きくなるように、前記第３伝送経路の長さが規定されることを特徴とする信号切替回路。
9. 前記第２線路が超伝導状態にある場合に、前記第２伝送経路から前記第２可変インピーダンス回路への入力インピーダンスが、所定値より小さくなるように、前記第２線路の長さが規定され、
   前記第４線路が超伝導状態にある場合に、前記第３伝送経路から前記第４可変インピーダンス回路への入力インピーダンスが、所定値より小さくなるように、前記第４線路の長さが規定されることを特徴とする請求項８記載の信号切替回路。
10. 前記第２線路の一端が前記第２伝送経路に接続され、前記第２線路の他端が接地導体に接続され、
    前記第４線路の一端が第３伝送経路に接続され、前記第４線路の他端が接地導体に接続されることを特徴とする請求項９記載の信号切替回路。
11. 前記第２線路が、前記入力経路に入力される信号の半波長の整数倍に等しい長さを有し、
    前記第４線路が、前記入力経路に入力される信号の半波長の整数倍に等しい長さを有することを特徴とする請求項１０記載の信号切替回路。
12. 一端が第２伝送経路に接続される前記第２線路が、前記入力経路に入力される信号の１／４波長の奇数倍に等しい長さを有し、前記第２線路の他端が開放され、
    一端が第３伝送経路に接続される前記第４線路が、前記入力経路に入力される信号の１／４波長の奇数倍に等しい長さを有し、前記第４線路の他端が開放されることを特徴とする請求項９記載の信号切替回路。
13. 更に、前記複数の伝送経路の中から所望の伝送経路を選択するための選択手段を有し、前記選択手段が、前記第１、第２、第３及び第４線路の温度を制御することで、伝送経路の選択が行われることを特徴とする請求項８記載の信号切替回路。
14. 前記第１線路及び第３線路の直線状部分が非直線状部分より細い線路幅を有し、直線状部分でのギャップは非直線状部分でのギャップより小さく形成されることを特徴とする請求項８記載の信号切替回路。

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